DTM法土方計算在工程復核中的應用

寇飛周 張梁 王偉

摘要：項目工程復核中因土方量相差較大而引起的糾紛時有發(fā)生，如何準確快速地復核土方量，關(guān)系到項目實施進度及雙方各自利益。本文以土地開發(fā)項目土方計算為例，應用南方CASS軟件中DTM法快速計算兩期間土方量，為工程復核提供重要依據(jù)，方便項目進行工程結(jié)算及財務決算。

關(guān)鍵詞：DTM法；兩期間土方計算；工程復核

1. 前言

工程復核按工作性質(zhì)劃分為工程質(zhì)量和工程數(shù)量復核，現(xiàn)階段工程質(zhì)量復核認定參照項目建設質(zhì)量監(jiān)督部門出具的質(zhì)檢報告，或監(jiān)理方出具的工程質(zhì)量檢驗評定表；工程數(shù)量復核依據(jù)監(jiān)理核實業(yè)主認定的工程結(jié)算清單，其中人為因素較大，很難客觀反映施工現(xiàn)場的工程量變化。工程數(shù)量復核難度較大的當屬土方工程，因其具有隱蔽性和不可逆的特性，且利益雙方差異性較大，因此將其作為工程復核的重點。借助CASS軟件中DTM法“兩期間土方計算”，通過快速建立數(shù)字地面模型，可以精確計算施工前后兩期間土方變化[1]，對于準確復核土方量，控制總投資及分配資金具有重要的參考價值。

2. 計算方法

CASS是基于AutoCAD平臺開發(fā)的一套集地形、地籍、空間數(shù)據(jù)建庫、工程應用、土石方計算等功能為一體的軟件系統(tǒng)；其提供了方格網(wǎng)法、DTM法、等高線法和斷面法等豐富的土方計算方法，對不同的工程條件可靈活地采用合適的土方計算方法[2]。根據(jù)軟件提供的計算兩期間土方量的有斷面法（二斷面線間土方計算）、DTM法（兩期間土方計算）、方格網(wǎng)法等，其中斷面法適合道路工程等線狀工程土方量計算，方格網(wǎng)法適用于開挖前后地形較為平坦或者平緩的區(qū)域，而DTM法適合地形復雜且不規(guī)則地面，并能快速精確計算期間土方變化。

DTM法、方格網(wǎng)法是日常工程中最常用到的方法，斷面法是作為土方量依據(jù)提供給甲方的，這三種方法的計算差距一般在2%～5%之間。

3. 計算原理

DTM法計算土方量根據(jù)施工前后的地形數(shù)據(jù)，首先分別建立不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN），可以依據(jù)數(shù)據(jù)文件，或者地形圖上已有的高程點，構(gòu)建互不重疊的不規(guī)則三角網(wǎng)，相連的三角網(wǎng)表面就構(gòu)成了地面的數(shù)字立體模型（DTM模型）；然后根據(jù)施工前后的地形圖建立的DTM模型進行兩期間三角網(wǎng)疊加，不同時期地面三角網(wǎng)曲面垂直投影形成交集，把兩期間三角網(wǎng)空間相交的線作為開挖零界線，并將交集部分分割成若干個三棱柱或三棱錐，最后分別計算出每個三棱柱或三棱錐體積并求和[3]。其中高于原地面的三棱柱或三棱錐體積即為填方，低于原地面的三棱柱或三棱錐體積即為挖方。

4. 案例分析

本文以某土地開發(fā)項目為例，選取穆寨村上鹼組其中較為典型的一塊梯田進行土方復核計算。該地塊規(guī)模面積17053m2，初步設計為10個田面，挖填平衡土方8119m3。

首先，生成地形數(shù)據(jù)文件，打開CASS軟件“工程應用＼生成數(shù)據(jù)文件”，生成的數(shù)據(jù)文件一般包括指定點、高程點、控制點和等高線等，各項目根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)類型選擇生成數(shù)據(jù)文件。由于該項目前期地形圖中離散點數(shù)據(jù)較少，也缺少足夠的指定點或控制點，加之現(xiàn)狀地形坡度較大，因此結(jié)合實際地形地貌選擇等高線生成數(shù)據(jù)文件。

然后構(gòu)建項目區(qū)TIN并建立施工前一期DTM模型，通過調(diào)取已生成數(shù)據(jù)文件建立DTM模型，并保存為“第一期.SJW”文件。打開“等高線＼建立DTM”，加載已保存的數(shù)據(jù)文件，考慮實際地形變化和地勢走向因素，因此勾選“建模過程考慮地形線或建模過程考慮陡坎”。

根據(jù)項目范圍界線完善DTM模型，選擇“等高線＼刪除三角形或增加三角形”刪除邊界以外的TIN，或適當增加邊界內(nèi)TIN；選擇“等高線＼圖面DTM完善”即可將各個獨立的DTM模型自動重組在一起，而不必進行數(shù)據(jù)的合并后再重新建立DTM模型，修改完善的DTM模型最后選擇“等高線＼修改結(jié)果存盤”。

第一期模型建立后，可通過“等高線＼三維模型”轉(zhuǎn)化，以及“等高線＼坡度分析”使得施工前的DTM模型經(jīng)過著色渲染，更加直觀反映出實際的溝壑、陡坎、丘陵、平原等地形地貌。（其中坡度綠色為0°～12°，藍色12°～25°，黃色25°～35°，紫色35°～90°。）

同樣的方法打開施工后地形坐標數(shù)據(jù)文件，建立第二期DTM模型，并保存為“第二期.SJW”文件。

最后應用CASS的"工程應用＼DTM法土方計算＼兩期間土方量計算”，分別輸入施工前后兩個SJW文件（圖面文件或三角網(wǎng)文件）即可獲得施工前后兩期間的土方開挖方量。

CASS軟件按照DTM模型三角網(wǎng)編號生成一系列文件，然后匯總求出范圍內(nèi)土方平衡后的開挖土方量。（圖中紅色區(qū)域土方未發(fā)生變化，青色區(qū)域土方為變化部分。）

根據(jù)DTM法兩期間土方計算，確定土方量為33226m3；初步設計土方開挖量8119m3，前后土方量相差較大。為進一步核實測算結(jié)果，根據(jù)監(jiān)理出具的單元工程質(zhì)量檢驗評定表土方開挖方量為33033m3，乙方提交的工程計量報驗單和工程量清單土方開挖方量為33520m3，甲方提供的設計變更單土方開挖量33033m3，數(shù)據(jù)之間存在一定的差距。經(jīng)過深入了解，該地塊在征得甲方同意后出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，這樣的土方計算結(jié)果就與實際開挖情況基本吻合。對比計算結(jié)果，在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)文件下誤差在1%以內(nèi)，完全可以滿足工程復核要求。

通過以上案例分析，DTM法兩期間土方量計算優(yōu)勢尤為明顯，在提高精度和效率方面有以下幾點優(yōu)勢：①通過建立三角網(wǎng)數(shù)字地形模型，可以利用地形特征線干預，使之更符合原地形。②完全利用施工前后測量的坐標高程數(shù)據(jù)，所有測量點均參與計算，大大提高精度。③由于將兩期間三角網(wǎng)疊加，再破網(wǎng)分解成若干個三棱柱或三棱錐，可以非常貼切的、精確地計算出不規(guī)則的兩期地形地貌曲面所構(gòu)成的體積。④由于劃定了項目邊界線，兩期間的變化區(qū)域計算結(jié)果圖面被變成青色部分，方便查詢。⑤可以減輕外業(yè)測量工作量，測量員只需按《城市測量規(guī)范CJJ T8-2011》中土石方測量的規(guī)定測量地形特征線，并在大面積平坦或平緩處適當加密高程即可[4]。

5. 結(jié)論

工程復核是對工程任務的完成情況進行復核，作為竣工驗收的第一步，直接影響工程驗收、項目決算以審計。工程復核準確性中土方計算精度尤為重要，其主要取決于對實際地形的測量，如實地反映地形地貌，包括地形變化、特殊地貌、陡坎上下以及獨立地物等因素。DTM法兩期間土方計算方法很好的結(jié)合這些地形因素，通過人為干預調(diào)整，使得模型建立更貼近實際地形，操作簡便、精度達標，且可以減輕外業(yè)測量負擔；最大限度保護各方利益，從根本上化解工程量糾紛；方便工程人員后期快速復核工程量，是目前較為科學、精準的土方量計算方法。

參考文獻：

[1] 南方測繪儀器有限公司.數(shù)字化地形地籍成圖系統(tǒng)7.0用戶手冊[M].南方測繪儀器有限公司，2006.

[2] 江寶波，黃德芳.工程測量學[M].地質(zhì)出版社，1990：192-198.

[3] 李殷，朱益虎.DTM在土方計算中的應用[J].地礦測繪，2006（4）.

[4] 粟晟，歐陸.南方CASS計算兩期間土方與方格網(wǎng)法土方計算相結(jié)合準確計算土方量[J].中國井礦鹽，2013（5）.